JP2012130680A - Synchronization for medical imaging systems - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、医用撮像の分野に関する。本発明はさらに具体的には、患者に施される手順時に医師によって用いられるデータ、特に画像の処理に関わる。 The present invention relates to the field of medical imaging. More specifically, the present invention relates to the processing of data, particularly images, used by physicians during procedures performed on patients.
冠動脈疾患の診断及び治療のために、血管の形態が解析される。 For the diagnosis and treatment of coronary artery disease, the morphology of blood vessels is analyzed.
この目的のために、医師は医用イメージング・システムに支援されながら患者の血管系の内部に外科器具を誘導して配置する。 For this purpose, the physician guides and places the surgical instrument inside the patient's vasculature while being assisted by the medical imaging system.
上述の医用イメージング・システムは、患者の血管系及び外科器具を表わす二次元画像（２Ｄ）の取得、処理及び実時間視覚化を可能にする。これらの画像を用いて、医師は血管系の内部に機器を誘導することができる。 The medical imaging system described above enables the acquisition, processing and real-time visualization of two-dimensional images (2D) representing the patient's vasculature and surgical instruments. Using these images, the physician can guide the device inside the vasculature.
診断のために、狭窄（血管の異常な狭隘化）のような欠陥を検出しなければならない。 For diagnosis, defects such as stenosis (abnormal narrowing of blood vessels) must be detected.
このことを行なうために、医師に対し、造影剤を注入した患者における関心領域の放射線画像、又は血管内センサによって与えられる放射線画像若しくは該センサから導かれる他のデータを提供することができる。 To do this, the physician can be provided with a radiographic image of a region of interest in a patient infused with a contrast agent, or a radiographic image provided by an intravascular sensor or other data derived from the sensor.
かかるデータは、センサを誘導するのを支援するために医師が血管の内面の像又は詳細な情報ばかりでなく全体像を得ることができるように、同時に提供されると有利である。 Such data is advantageously provided at the same time so that the physician can obtain an overall image as well as an image or detailed information of the inner surface of the blood vessel to assist in navigating the sensor.
すると、これら二つの形式のデータ内容すなわち医用イメージング・システムによって与えられるデータ内容及び血管内センサによって与えられるデータ内容を同期させるという問題が生ずる。 The problem then arises of synchronizing these two types of data content, namely the data content provided by the medical imaging system and the data content provided by the intravascular sensor.
これら異なるデータ内容は実効的には、取得速度の異なる二つの別個のイメージング・システムから導かれている。 These different data contents are effectively derived from two separate imaging systems with different acquisition rates.
本発明は、別々のイメージング・システムによって与えられる医療データを同期させることを可能にする。 The present invention makes it possible to synchronize medical data provided by separate imaging systems.
第一の観点によれば、本発明は、第一のデータ系列を第二のデータ系列と同期させる侵襲型撮像の方法に関し、データは患者の関心領域を表わし、別々の医用システムによって取得されており、データはさらに、関心領域についての二つの異なる形式の情報に対応しており、この方法は、患者の生理学的活動を表わす二つの信号に関して異なるデータを整列させるステップを含んでおり、信号は、データの取得と共通の時間尺度において医用システムによって記録されている。 According to a first aspect, the present invention relates to a method of invasive imaging that synchronizes a first data series with a second data series, wherein the data represents a region of interest of a patient and is acquired by a separate medical system. And the data further corresponds to two different types of information about the region of interest, and the method includes aligning the different data with respect to the two signals representing the patient's physiological activity, the signal comprising: Recorded by the medical system on a common time scale with data acquisition.
本発明の第一の観点による方法の他の特徴は以下の通りである。
・データ系列は、患者の関心領域を視覚化することのできる画像系列である。
・整列ステップは、信号同士の間での時間差を決定するために生理学的活動を表わす信号を同期させることから成っている。
・生理学的活動を表わす信号の同期は、各々のデータ集合に対応する患者の生理学的活動を表わす信号同士を相関付けすることから成っており、信号同士の間での時間差は最大相関に対応する。
・整列ステップはさらに、決定された時間差を、他方からずれているデータ集合の取得時刻に適用することから成っている。
・患者の生理学的活動を表わす信号は、患者の心運動又は呼吸運動である。
・患者の生理学的活動を表わす信号は、医用システムの一方又は他方の外部の発生源によって発生される非周期的外部信号によって部分的に又は完全に変調される。
・第一のデータ集合は血管内画像センサによって行なわれる取得から導かれ、第二のデータ集合はＸ線医用イメージング・システムによって行なわれる取得から導かれ、このデータは画像である。
・この方法は、異なるシステムからのデータ集合であって互いに対して整列しているデータ集合を表示するステップを含んでいる。
・この方法は、第一の医用システムによって第一のデータ集合及び患者の生理学的活動を表わす信号を取得するために第一の共通の時間尺度を用いるステップと、第二の医用システムによって第二のデータ集合及び患者の生理学的活動を表わす信号を取得するために第二の共通の時間尺度を用いるステップとを含んでいる。
Other features of the method according to the first aspect of the invention are as follows.
A data series is an image series that can visualize a region of interest of a patient.
The alignment step consists of synchronizing the signals representing physiological activity to determine the time difference between the signals.
The synchronization of signals representing physiological activity consists of correlating signals representing the patient's physiological activity corresponding to each data set, and the time difference between the signals corresponds to the maximum correlation. .
The alignment step further comprises applying the determined time difference to the acquisition time of the data set deviating from the other;
The signal representing the patient's physiological activity is the patient's cardiac or respiratory movement.
The signal representing the physiological activity of the patient is partially or fully modulated by a non-periodic external signal generated by a source external to one or the other of the medical system.
The first data set is derived from the acquisition performed by the intravascular image sensor and the second data set is derived from the acquisition performed by the X-ray medical imaging system, this data being an image.
The method includes displaying data sets from different systems that are aligned with each other.
The method uses a first common time scale to obtain a signal representative of the first data set and the physiological activity of the patient by the first medical system; And using a second common time scale to obtain a signal representative of the patient's physiological activity.
第二の観点によれば、本発明は、本発明の第一の観点による方法を具現化するコンピュータ・プログラム及び機械命令に関わる。 According to a second aspect, the invention relates to a computer program and machine instructions embodying the method according to the first aspect of the invention.
第三の観点によれば、本発明は、少なくとも二つの医用イメージング・システムに接続されており、本発明の第一の観点による方法を具現化する手段を含む処理装置に関わる。 According to a third aspect, the invention relates to a processing device connected to at least two medical imaging systems and comprising means for implementing the method according to the first aspect of the invention.
本発明の他の特徴及び利点は、説明のためのみであって限定するものではなく添付図面と共に読まれるべき以下の説明からさらに明らかとなろう。
図１は、二つの別々の医用システム１０、２０を示す。 FIG. 1 shows two separate medical systems 10,20.
第一及び第二のシステム１０、２０は、例えば医用イメージング・システムである。この場合には、第一の医用イメージング・システム１０は、例えば造影剤を注入した患者（図示されていない）の関心領域１１の放射線画像の取得を可能にする。 The first and second systems 10, 20 are, for example, medical imaging systems. In this case, the first medical imaging system 10 makes it possible to acquire a radiographic image of the region of interest 11 of a patient (not shown), for example injected with a contrast agent.
このイメージング・システム１０は例えば、Ｘ線源と、該線源に対面するように構成された検出器とを含んでおり、線源及び検出器はＣアームを介して接続されている。検出器は、例えばアモルファス・シリコンのトランジスタ／フォトダイオード・アレイの上に設けられたヨウ化セシウム燐光体を含む半導体画像センサであってよい。他の適当な検出器は、ＣＣＤセンサすなわちＸ線をディジタル信号へ直接変換する直接式ディジタル検出器である。 The imaging system 10 includes, for example, an X-ray source and a detector configured to face the source, and the source and the detector are connected via a C-arm. The detector may be, for example, a semiconductor image sensor including a cesium iodide phosphor provided on an amorphous silicon transistor / photodiode array. Another suitable detector is a CCD sensor or direct digital detector that converts X-rays directly into digital signals.
第二の医用イメージング・システム２０は、例えば関心領域の動脈に挿入されるための血管内プローブ２１を含んでいる。このプローブは、画像、又は単に例えば温度のような血管の局所的な特性を取得するのに用いられるセンサを含んでいる。 The second medical imaging system 20 includes an intravascular probe 21 for insertion into, for example, an artery in a region of interest. The probe includes a sensor that is used to acquire an image or simply a local characteristic of a blood vessel, such as temperature.
この観点では、様々な形式のプローブが存在している。典型的には、医師はこのプローブ２１を患者の関心領域まで誘導する。 In this respect, there are various types of probes. Typically, the physician guides this probe 21 to the patient's region of interest.
システム１０、２０は各々、患者の生理学的活動を表わす信号を取得する装置１２、２２を含んでいる。患者の生理学的活動とは、患者の心搏運動又は呼吸運動を意味する。 Each of the systems 10, 20 includes devices 12, 22 that acquire signals representative of the patient's physiological activity. By patient's physiological activity is meant the patient's heartbeat or breathing movement.
有利には、患者の生理学的活動を表わす信号を取得する各装置は同じ形式の信号の取得を可能にする。 Advantageously, each device that acquires a signal representative of the physiological activity of the patient allows acquisition of the same type of signal.
一方、患者の生理学的活動を表わす信号を取得する各装置は同様に制御される訳ではなく、異なる取得速度を有する。 On the other hand, each device that acquires a signal representative of a patient's physiological activity is not similarly controlled and has different acquisition rates.
医用システムは、制御部１３、２３及び記憶部１４、２４をそれぞれ含んでいる。 The medical system includes control units 13 and 23 and storage units 14 and 24, respectively.
第一の医用イメージング・システム１０については、制御部１３を用いて、例えばＣアームの位置及び画像取得のための様々なパラメータを制御する。 For the first medical imaging system 10, the controller 13 is used to control, for example, the position of the C-arm and various parameters for image acquisition.
第二の医用システム２０については、制御部２３を用いて、例えば画像又はデータの取得のための様々なパラメータを制御する。 For the second medical system 20, for example, various parameters for acquiring an image or data are controlled using the control unit 23.
制御部１３、２３は、命令媒体（図示されていない）、例えばディスケット、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ若しくはＵＳＢフラッシュ・ドライブ、又はさらに一般的には任意の着脱自在の記憶媒体から又は網接続を介して処理方法の命令を読み取る読み取り装置（図示されていない）、例えばディスケットク読み取り器、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ読み取り器、又は接続ポートを含み得る。 Controllers 13, 23 may be connected to a command medium (not shown), such as a diskette, CD-ROM, DVD-ROM or USB flash drive, or more generally any removable storage medium or network connection. Via a reader (not shown), for example a diskette reader, a CD-ROM, a DVD-ROM reader, or a connection port.
記憶部１４、２４は、各々のシステム１０、２０によって与えられる取得画像／データの記憶及び患者の生理学的活動を表わす信号の記憶を可能にする。 The storage 14, 24 allows storage of acquired images / data provided by each system 10, 20 and storage of signals representative of the patient's physiological activities.
各々の医用システム１０、２０はさらに、表示部（図示されていない）を含み得る。二つのイメージング・システムに単一のみの表示部を設けてよい。 Each medical system 10, 20 may further include a display (not shown). Only one display may be provided in the two imaging systems.
表示部は、例えばコンピュータ・スクリーン、モニタ、フラット・スクリーン、プラズマ・スクリーン又は他の任意の公知の形式の表示装置である。 The display unit is, for example, a computer screen, a monitor, a flat screen, a plasma screen, or any other known type of display device.
最後に、二つの医用システムによって与えられる画像の整列を達成するために、各々のシステム１０、２０から導かれるデータ及び患者の生理学的活動を表わす信号は処理部３０へ送信される。この処理部３０は、例えば少なくとも一つのプロセッサ、少なくとも一つのマイクロコントローラ、少なくとも一つのプログラム可能型論理制御器、少なくとも一つの特定応用向け集積回路、他のプログラム可能型回路、又はワークステーションのようなコンピュータを含む他の装置である。 Finally, data derived from each system 10, 20 and signals representative of the patient's physiological activity are transmitted to the processor 30 to achieve image alignment provided by the two medical systems. The processor 30 may be, for example, at least one processor, at least one microcontroller, at least one programmable logic controller, at least one application specific integrated circuit, other programmable circuits, or a workstation. Other devices including computers.
一変形として、処理部３０は、命令媒体（図示されていない）、例えばディスケット、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ若しくはＵＳＢフラッシュ・ドライブ、又は一般的には任意の着脱自在の記憶媒体から又は網接続を介して処理方法の命令を読み取る読み取り装置（図示されていない）、例えばディスケット読み取り器、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ読み取り器又は接続ポートを含み得る。 As a variant, the processing unit 30 is connected to a command medium (not shown), such as a diskette, CD-ROM, DVD-ROM or USB flash drive, or generally any removable storage medium or network connection. May include a reader (not shown) for reading processing method instructions, such as a diskette reader, CD-ROM, DVD-ROM reader or connection port.
各々の記憶部１４、２４から処理部３０へ向けた転送は、コンピュータ網、有線接続又は無線接続を介して生じ得る。
《同期方法》
図２は、造影剤を注入した患者の関心領域の画像を示す。この画像では、画像センサ２０１を挿入した血管２００が観察され得る。第一のデータ集合は、この形式の画像系列すなわち患者の関心領域の画像から成っている。
The transfer from each storage unit 14, 24 to the processing unit 30 can occur via a computer network, a wired connection or a wireless connection.
<Synchronization method>
FIG. 2 shows an image of a region of interest of a patient injected with a contrast agent. In this image, the blood vessel 200 in which the image sensor 201 is inserted can be observed. The first data set consists of this type of image series, i.e. images of the patient's region of interest.
図３は、図２に示すもののような位置において画像センサ２０１によって取得される血管２００の内部の画像を示す。ここでは第二のデータ集合は、この形式の画像系列から成っている。一般的には、画像センサ２０１は、画像でないデータを取得することができる。ここでの目的は、第一の医用イメージング・システムから導かれる画像をセンサ２０１から導かれるデータに一致させることである。 FIG. 3 shows an image inside the blood vessel 200 acquired by the image sensor 201 at a position such as that shown in FIG. Here, the second data set consists of an image sequence of this format. In general, the image sensor 201 can acquire non-image data. The purpose here is to match the image derived from the first medical imaging system with the data derived from the sensor 201.
各医用システムから導かれるデータは、それぞれの取得期間にわたり第一及び第二の取得速度又は第一及び第二の時間尺度においてそれぞれ取得され、これらのデータをＡｃｑ1、Ａｃｑ2と表わす。ここでは、取得されたデータＡｃｑ１、Ａｃｑ２は可変型であってよく、同様に一次元信号、又は二次元（２Ｄ）データ若しくは三次元（３Ｄ）データの何れであってもよい。取得期間は必ずしも同一でなくてよい。各々の医用システムはまた、１又は複数の生理学的信号を記録し、システムの各々は独立に、生理学的信号（１又は複数）の記録及び取得されたデータを当該システム固有の時間尺度において配置することが可能である。 Data derived from each medical system is acquired at first and second acquisition rates or first and second time scales, respectively, over the respective acquisition periods, and these data are denoted Acq 1 and Acq 2 . Here, the acquired data Acq1 and Acq2 may be variable, and similarly may be one-dimensional signals, or two-dimensional (2D) data or three-dimensional (3D) data. The acquisition period is not necessarily the same. Each medical system also records one or more physiological signals, and each of the systems independently places the recording of the physiological signal (s) and the acquired data on a system-specific time scale. It is possible.
従って、各々の医用システムについて、データは、生理学的信号の記録と同じ速度又は共通の時間尺度において取得される。 Thus, for each medical system, data is acquired at the same rate or a common time scale as the recording of the physiological signal.
これら二つのデータ集合に結び付けられる生理学的信号の記録区間は、二つのデータ集合の同期が可能になるように重なり合っていなければならない。 The recording periods of the physiological signals associated with these two data sets must overlap so that the two data sets can be synchronized.
所与の医用システムについて、画像／データ内容を患者の生理学的活動を表わす信号の瞬間と整列させることが可能である。 For a given medical system, it is possible to align the image / data content with the signal instants representing the patient's physiological activity.
処理部３０は、異なる医用システムから導かれるデータ集合の同期を可能にする。 The processing unit 30 enables synchronization of data sets derived from different medical systems.
この目的のために、整列ステップＥcにおいて、患者の生理学的活動を表わす信号が一致させられる。 For this purpose, in the alignment step E c , signals representing the patient's physiological activity are matched.
図４は、患者の生理学的活動を表わす二つの信号を示す。信号４０１（上側）は第一の医用システムによって取得される信号であり、信号４０２（下側）は第二の医用システムによって取得される信号である。 FIG. 4 shows two signals representing the physiological activity of the patient. The signal 401 (upper side) is a signal acquired by the first medical system, and the signal 402 (lower side) is a signal acquired by the second medical system.
この図において、これらの信号は二つの医用イメージング・システムによって取得される画像を表わし、データは画像である。 In this figure, these signals represent images acquired by two medical imaging systems, and the data is images.
加えて、画像の取得時刻が次のように示されている。すなわち時刻ｔ1には第一のアセンブリの画像Ｉ1 1が取得され、時刻ｔ2には第一のアセンブリの画像Ｉ2 1が取得され、時刻ｔ′1には第二のアセンブリの画像Ｉ1 2が取得され、時刻ｔ′2には第二のアセンブリの画像Ｉ2 2が取得され、時刻ｔ′3には第二のアセンブリの画像Ｉ3 2が取得され、時刻ｔ′4には第二のアセンブリの画像Ｉ4 2が取得される。 In addition, the image acquisition time is indicated as follows. That is, the time t 1 is obtained image I 1 1 of the first assembly, the time t 2 is obtained image I 2 1 of the first assembly, the time t '1 image I of the second assembly 1 2 is obtained, the time t 'in the second image I 2 2 of the second assembly is obtained, the time t' to 3 are acquired image I 3 2 of the second assembly, the time t '4 An image I 4 2 of the second assembly is acquired.
用いられる医用システムに依存して、取得は数秒間にわたって生じ、３０秒間を超える場合もある。 Depending on the medical system used, acquisition occurs over a few seconds and can exceed 30 seconds.
患者の生理学的活動を表わす信号は、同じ発生源から導かれていても同じ原点を有しないことが認められる。 It will be appreciated that signals representing a patient's physiological activity do not have the same origin, even if they are derived from the same source.
取得は同時に開始しておらず、すなわち一方ではｔ＝０に開始し、他方ではｔ′＝０に開始している。 Acquisition has not started at the same time, i.e. on the one hand it starts at t = 0 and on the other hand it starts at t '= 0.
従って、これら二つの取得の間には時間差Δｔが存在しており、この時間差を決定して、相異なる取得時刻について同一の原点を得なければならない。 Therefore, there is a time difference Δt between these two acquisitions, and this time difference must be determined to obtain the same origin for different acquisition times.
従って、整列ステップは、各々の医用システムによって与えられる患者の生理学的活動を表わす信号を同期させることから成っている。 Thus, the alignment step consists of synchronizing the signals representing the patient's physiological activity provided by each medical system.
これらの信号を同期させるために、相関付けによって二つの信号の間のあらゆる時間差Δｔの決定から開始することが可能である。 To synchronize these signals, it is possible to start with the determination of any time difference Δt between the two signals by correlation.
一旦、同期したら、各々のデータ内容は患者の生理学的活動を記述する信号と共通の時間尺度に配置され得るので、データ内容を整列させることが可能である。 Once synchronized, it is possible to align the data content because each data content can be placed on a common time scale with signals describing the patient's physiological activity.
患者の生理学的活動の同期は、全てのデータについて単一のみの時間参照を得ることを可能にする。 The synchronization of the patient's physiological activity makes it possible to obtain a single time reference for all data.
画像データについては、上述の画像の互いに対する整列は、血管内画像センサの位置をこの位置の血管の画像に関係付けることを可能にする。 For image data, the alignment of the images described above with respect to each other allows the position of the intravascular image sensor to be related to the image of the blood vessel at this position.
既に述べたように、温度のようなデータ内容を血管内センサの精密な位置と関係付けることも可能である。 As already mentioned, it is also possible to relate data content such as temperature to the precise position of the intravascular sensor.
従って、整列済みのデータ内容が同時に表示されるので、医師に対して二つのデータ内容が同時に提供される。 Therefore, since the sorted data contents are displayed at the same time, two data contents are simultaneously provided to the doctor.
図５は、患者の生理学的活動を表わす信号（ここでは第二の医用イメージング・システムによって取得される信号）と整列した二つのデータ集合から導かれる画像を示す。 FIG. 5 shows images derived from two data sets aligned with signals representative of the patient's physiological activity, here acquired by a second medical imaging system.
表示Ａｆｆのために、関心領域の画像を第一の線に表示し、患者の生理学的活動を表わす信号を第二の線に表示し、血管の内面の画像を第三の線に表示するように構成する。 For display Aff, an image of the region of interest is displayed on the first line, a signal representing the patient's physiological activity is displayed on the second line, and an image of the inner surface of the blood vessel is displayed on the third line. Configure.
この態様で、患者の生理学的活動を表わす信号に対応する同期信号が全ての画像についての時間参照として作用する。 In this manner, a synchronization signal corresponding to a signal representative of the patient's physiological activity serves as a time reference for all images.
データの整列のために、患者の生理学的活動を表わす信号を外部発生源から導かれる非周期信号によって変調することが可能である。生理学的信号の各々の取得について同じ非周期信号を用いる。 For data alignment, it is possible to modulate a signal representing a patient's physiological activity with an aperiodic signal derived from an external source. The same aperiodic signal is used for each acquisition of the physiological signal.
非周期性は、異なるイメージング・システムによって与えられる信号同士の間のあらゆる時間差を決定するための信号同士の間の相関付けを容易にする。 Non-periodicity facilitates correlation between signals to determine any time difference between signals provided by different imaging systems.
以上の方法はさらに多数の医用システムに適用されることができ、この場合には多数の同期が可能である。
《コンピュータ・プログラム》
以上に述べた方法は有利には、上述の方法を実行する機械命令を含むコンピュータ・プログラムの形態として具現化され得る。
The above method can be applied to a large number of medical systems, in which case a large number of synchronizations are possible.
<Computer program>
The method described above can advantageously be embodied in the form of a computer program comprising machine instructions for performing the method described above.
１０、２０：医用システム
１１：関心領域
１２、２２：信号を取得する装置
１３、２３：制御部
１４、２４：記憶部
２１：血管内プローブ
３０：処理部
２００：血管
２０１：画像センサ
３００：血管内撮像センサによって与えられる画像
４０１：第一の医用システムによって取得される信号
４０２：第二の医用システムによって取得される信号
Ｉ1 1、Ｉ2 1：第一のアセンブリの画像
Ａｃｑ1、Ａｃｑ2：取得データ
Ｅc：整列ステップ
Ａｆｆ．：表示ステップ
Ｅc1：信号同士の間での時間差を決定するために生理学的活動を表わす信号を同期させる
ＥC2：決定された時間差をデータ集合の取得時刻に適用する
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 20: Medical system 11: Area of interest 12, 22: Apparatus which acquires signal 13, 23: Control part 14, 24: Storage part 21: Intravascular probe 30: Processing part 200: Blood vessel 201: Image sensor 300: Blood vessel Image provided by the internal imaging sensor 401: Signal acquired by the first medical system 402: Signal acquired by the second medical system I 1 1 , I 2 1 : Image of the first assembly Acq 1 , Acq 2 : Acquired data E c : Alignment step Aff. : Display step E c1 : synchronize signals representing physiological activity to determine the time difference between signals E C2 : apply the determined time difference to the acquisition time of the data set
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